《過程控制系統(tǒng)》作業(yè)題

上傳人:jun****875 文檔編號:17766853 上傳時間:2020-12-05 格式:DOC 頁數(shù):15 大小:1.39MB
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1、《過程控制系統(tǒng)》思考題 一. 1. 什么叫串級控制系統(tǒng)?繪制其結(jié)構(gòu)方框圖。 串級控制系統(tǒng)是由兩個控制器的串接組成,一個控制器的輸出做為另一個控制器的設(shè)定值,兩個控制器有各自獨立的測量輸入,有一個控制器的給定由外部設(shè)定。 2. 與單回路控制系統(tǒng)相比,串級控制系統(tǒng)有哪些主要特點? 多了一個副回路,形成雙閉環(huán)。特點:主控制器輸出改變副控制器的設(shè)定值,故副回路構(gòu)成的是隨動系統(tǒng),設(shè)定值是變化的。在串級控制系統(tǒng)中,由于引入了一個副回路,不僅能及早克服進入副回路的擾動,而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用,主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用,從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高。 3.為什么說

2、串級控制系統(tǒng)由于存在一個副回路而具有較強的抑制擾動的能力? ①副回路的快速作用,對于進入副回路的干擾快速地克服,減小了干擾對主變量的影響; ②引入副回路,改善了副對象的特性(減小副對象的相位滯后),提高了主回路的響應(yīng)速度,提高了干擾的抑制能力; ③副回路可以按照主回路的要求對副變量進行精確控制; ④串級系統(tǒng)提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。 4.串級控制系統(tǒng)在副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計中應(yīng)遵循哪些主要原則? ①將主要干擾包括在副回路; ②副回路盡量包含多的干擾; ③為保證副回路的快速響應(yīng),副對象

3、的滯后不能太長; ④為提高系統(tǒng)的魯棒性,將具有非線性時變部分包含于副對象中; ⑤需要對流量實現(xiàn)精確的跟蹤時,將流量選為副對象。 5.串級控制系統(tǒng)通??捎迷谀男﹫龊?? * 應(yīng)用于容量滯后較大的過程 * 應(yīng)用于純時延較大的過程 * 應(yīng)用于擾動變化激烈而且幅度大的過程 * 應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程 * 應(yīng)用于非線性過程 6. 前饋控制與反饋控制各有什么特點?繪制前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。 前饋:基于擾動來消除擾動對被控量的影響; t 動作“及時” ; t 只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的,則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定; t 具有指定性補償?shù)木窒扌裕? t 控制規(guī)律取決于被控對象的特性。

4、t 反饋:基于偏差來消除偏差; t “不及時”的控制 ; t 存在穩(wěn)定性問題; t 對各種擾動均有校正作用; t 控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。 7.在什么條件下前饋控制效果最好?為什么一般不單獨使用前饋控制方案? 準確地掌握過程擾動通道的特點wf(s)及控制通道的特性wo(s) 準確求出前饋控制wm(s);克服可測不可控的擾動 前饋控制室基于擾動的控制,擾動不止一個,難于把握 屬于開環(huán)控制,易受其他擾動干擾而無法控制 其克服可測不可控的擾動,對于系統(tǒng)中其他擾動無抑制作用 8.試述前饋控制系統(tǒng)的整定方法。 ⑴前饋控制器的選擇 ①用模擬表實施

5、通過特定的前饋控制器,或采用運算單元自行構(gòu)造; ②用軟件實現(xiàn) ⑵參數(shù)整定 ①單純的前饋控制,可視工藝要求進行參數(shù)整定;先調(diào)整 ,然后調(diào)整T1、T2 ②前饋—反饋相結(jié)合,先整定反饋系統(tǒng),再重復(fù)步驟①。 9.什么是比值控制系統(tǒng)?常用的比值控制方案有哪些?并比較其優(yōu)缺點,繪制各比值控制方案結(jié)構(gòu)方框圖。 實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng),稱為比值控制系統(tǒng) 開環(huán)比值控制系統(tǒng),單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng),變比值控制系統(tǒng) 10.比值與比值系數(shù)有何不同?設(shè)計比值控制系統(tǒng)時需解決哪些主要問題? 比值k=Q1/Q2

6、,,是兩個體積流量或重量之比,而比值參數(shù)是把比值k折算成比值器上,K’=k(Q1max/Q2max) 主從動量確定;控制方案的選擇;調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定;正確選用流量計與變送器;比值控制系統(tǒng)的實施;比值參數(shù)的計算;比值控制系統(tǒng)參數(shù)的整定 11.什么是均勻控制?常用的均勻控制方案有哪些? 均勻控制是在連續(xù)生產(chǎn)過程中,各種設(shè)備前后緊密聯(lián)系的情況提出來的一種特殊的控制 ①采用液位控制②采用液位和流量的串級控制③取液位和流量兩個信號之差為被控變量 雙沖量均勻控制 12.什么是分程控制?怎樣實現(xiàn)分程控制?在分程控制中需注意哪些主要問題? 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,有時會遇到一個控制器去操縱幾只閥門

7、,若按輸出信號的不同區(qū)間操作不同的閥門,這樣的控制系統(tǒng)叫做分程控制系統(tǒng)。 盡量選用對數(shù)調(diào)節(jié)閥;采用分程信號重疊法;調(diào)節(jié)閥的泄漏量的大小 13.什么是選擇性控制?試述常用選擇性控制方案的基本原理。 凡是在控制回路中引入選擇器的系統(tǒng)稱為選擇性控制系統(tǒng)。 選擇器位于調(diào)節(jié)器的輸出端,對調(diào)節(jié)器輸出信號進行選擇的系統(tǒng):兩個調(diào)節(jié)器共用一個調(diào)節(jié)閥 選擇器位于調(diào)節(jié)器之前,對變送器的輸出信號進行選擇的系統(tǒng):幾個變送器合用一個調(diào)節(jié)器 14.什么是積分飽和現(xiàn)象?如何消除選擇性控制中的積分飽和現(xiàn)象? 當選擇器在控制器和控制閥之間,系統(tǒng)出現(xiàn)超限時,控制器應(yīng)立即切換。為保證及時切換,在偏差為零時,兩個

8、調(diào)節(jié)器應(yīng)該有相同的輸出。當其中一個控制器或兩個控制器采用PI作用時,一個調(diào)節(jié)器被另一個控制器切換后,偏差仍存在,且存在的時間較長,將產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象, 使下一次不能及時切換。 由于偏差長時間存在,偏差為零時控制器輸出仍要超出規(guī)定上、下限一段時間。為了保持同步,常采用積分外反饋的辦法。采用選擇器的輸出,即控制調(diào)節(jié)閥的信號做為積分外反饋。 15.一般地說從結(jié)構(gòu)上看,分程控制是由一只控制器控制兩只控制閥,而選擇性控制是由兩只控制器控制一只控制閥,試繪制各自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖。 16.什么是推斷控制?兩類“計算指標控制”是什么? 推斷控制:利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,由可測信息將不

9、測輸出推算出來實現(xiàn)反饋控制;或?qū)⒉豢蓽y擾動推算出來實現(xiàn)前饋控制。 由輔助輸出推算控制指標,作為被控變量的測量值; 以某輔助輸出變量為被控變量,其設(shè)定值由控制指標算式推算出來。 17.試述復(fù)雜控制系統(tǒng)有哪些?它們都是為什么目的而開發(fā)的? 1串級控制系統(tǒng):改善控制質(zhì)量 2前饋控制系統(tǒng):擾動出現(xiàn)時就能夠進行控制 3比值控制系統(tǒng):根據(jù)某一流量的變化調(diào)節(jié)另一流量 4均勻控制系統(tǒng):使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧均勻協(xié)調(diào) 5分程控制系統(tǒng):擴大控制閥的可調(diào)范圍,使得在小流量時可實現(xiàn)更精確的控制 用于滿足工藝上操作的特殊要求 6選擇性控制系統(tǒng): 7推斷控制系統(tǒng):被控對象的輸出和擾動都不

10、可測,無法設(shè)計一般的反饋和前饋控制。 二. 1.離心泵或離心式壓縮機的負荷控制方案有哪些? ①直流節(jié)流法 ②改變泵的轉(zhuǎn)速n ③通過旁路控制 2.敘述離心式壓縮機的特性曲線及產(chǎn)生喘振的原因。 特性曲線:壓縮比和入口體積流量的關(guān)系曲線;效率和流量或功率和流量之間關(guān)系曲線。在這里對于控制系統(tǒng)設(shè)計而言,壓縮比和入口體積流量的關(guān)系 曲線如右圖所示: 當負荷降低到一定程度時,氣體的排出量會出現(xiàn)強烈振蕩,同時機身也劇烈振動,這種現(xiàn)象叫離心式壓縮機的喘振。 3.用圖示說明離心式壓縮機的防喘振控制方案。 固定極限流量法 可變

11、極限流量法 4.為什么有的場合下需要壓縮機的串并聯(lián)運行? 一些生產(chǎn)過程中,采用一個離心式壓縮機壓頭不能滿足要求時,就需要兩臺或兩臺以上壓縮機串聯(lián)運行,因此每臺壓縮機都應(yīng)防喘振,才能保證設(shè)備的正常運行。因一臺提供的壓頭不夠,故不能采用兩臺單獨的旁路回流量控制。 當一臺壓縮機的流量(氣體)不能滿足要求時,就需兩臺或兩臺以上的壓縮機并聯(lián)運行. 三. 1.典型的傳熱設(shè)備有哪些?熱量的傳遞方式有哪幾種? 換熱器,加熱爐,鍋爐;熱傳導(dǎo),對流;熱輻射 2.傳熱目的及其控制方案? ① 使工藝介質(zhì)達到規(guī)定的溫度以使生產(chǎn)過程正常進行; ② 在過

12、程進行中加入吸收的熱量或除去放出的熱量; ③ 在工藝過程中改變物料狀態(tài); ④ 熱量回收。 ⑴ 調(diào)載熱體的流量 ⑵ 調(diào)節(jié)傳熱平均溫度差 ⑶ 調(diào)節(jié)傳熱面積 ⑷ 采用旁路控制 3.用圖示加熱爐的各串級控制方案,并說明各方案的優(yōu)缺點及適用場合。 ⑴ 爐出口溫度對爐膛溫度的串級控制 ⑵ 爐出口溫度對燃料流量的串級 ⑶ 出口溫度對燃料閥后壓力的串級 ⑷ 采用壓力平衡式控制閥 4.用圖示說明加熱爐的前饋-反饋控制方案。 5.設(shè)置加熱爐的安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的作用是什么?對于燃氣和燃油加熱爐可能

13、產(chǎn)生事故的原因分別是什么?用圖示分別說明各安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。 聯(lián)鎖保護系統(tǒng)的作用:為安全生產(chǎn)、防止事故 ⑴ 燃氣加熱爐 ① 工藝介質(zhì)流量過小或中斷,切斷燃料氣; ② 某種原因滅火時,切斷燃料氣; ③ 燃料氣壓力不能過低,流量不能太小; ④ 燃料壓力不能過高,否則會引起脫氣滅火 ⑵ 燃油加熱爐 ① 工藝介質(zhì)流量過小或中斷,切斷燃料油; ② 燃料油壓力過低會回火,流量不能太小; ③ 燃料油壓力過高會脫火; ④ 霧化蒸汽壓力過低或中斷,造成燃料油霧 化不良無法燃燒。 6.工業(yè)鍋爐的主要控制系統(tǒng) ① 汽包水位控制② 燃燒系統(tǒng)控制③ 過

14、熱蒸汽系統(tǒng)控制 7.造成鍋爐汽包“虛假”水位現(xiàn)象的原因是什么?為避免控制器誤動作所采取的措施是什么? 鍋爐燃燒率增加,主蒸汽流量增加 汽包壓力下降 鍋爐燃燒率減少,主蒸汽流量減少,汽包壓力上升,給水溫度下降 依負荷變化的前饋控制 8.詳細敘述鍋爐汽包水位的雙沖量控制方案,繪制其工藝流程簡圖,并給出加法器的設(shè)置。 9.試繪制鍋爐汽包水位三雙沖量控制方案的工藝流程簡圖。 前饋與串級組成的復(fù)合控制系統(tǒng) 前饋加反饋控制 前饋--串級控制系統(tǒng) 10.試繪制鍋爐燃燒控制系統(tǒng)有邏輯提量控制方案的工藝流程簡圖,敘述其動作過

15、程。 在正常工況下,這是鍋爐出口蒸汽壓力對燃油流量的串級控制系統(tǒng)和燃油流量與空氣流量的比值控制系統(tǒng)。蒸汽壓力控制器為反作用的,當蒸汽壓力下降時(如因蒸汽耗量增加),壓力控制器輸出增加,而提高了燃油流量控制器的設(shè)定值。但是,如果空氣量不足,將使燃燒不完全。為此設(shè)有低值選擇器LS它只讓兩個信號中較小的一個通過,這樣保證燃料量只能在空氣量足夠的情況下才能加大。壓力控制器的輸出信號將先通過高值選擇器HS來加大空氣流量,保證在增加燃料流量之前先把空氣量加大,使燃燒完全。當蒸汽壓力上升時,壓力控制器輸出減小,降低了燃油流量控制器的設(shè)定值,在減燃料量的同時,通過比值控制系統(tǒng),自

16、動減少空氣流量。 四. 1.簡述精餾塔受控變量的選擇有哪些?各自的特點是什么? ⑴ 測溫點的選擇① 測溫點盡量選擇在通道滯后較小的點。 ② 采用塔頂回流控制溫度時,選擇頂部塔板液相溫度。 ⑵ 溫差控制 優(yōu)點:能夠克服塔壓變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 缺點:不能克服進料組分和負荷變化對溫差的影響。 ⑶ 雙溫差控制 壓降引起的溫差不僅在塔頂,也發(fā)生在塔底,相減后可相互抵消。 2.精餾塔產(chǎn)品質(zhì)量的開環(huán)控制方案有哪些?繪制其工藝流程簡圖,敘述各自的特點。 ⑴ 固定回流量和再沸氣量 當進料流量及狀態(tài)恒定時,固定了 LR和VS,D和B

17、就確定了。 101控制回流量和102再沸器加熱蒸汽量; 物料平衡控制 ⑵ 固定餾出液量和再沸氣量 特點:適用于回流比較大的場合。 LR/D為回流比 ⑶ 固定塔底餾出量和回流量 3.精餾塔按精餾段指標的控制方案有哪些?繪制其工藝流程簡圖,敘述各自的特點。 ⑴ 間接物料平衡控制 優(yōu)點:調(diào)節(jié)作用滯后小,反應(yīng)迅速; 有利于克服進入精餾段的擾動; 保證塔頂產(chǎn)品質(zhì)量。 適用場合:回流比<0.8,需要減少滯后 ⑵ 直接物料平衡控制 4.精餾塔按提餾段指標的控制方案

18、有哪些?繪制其工藝流程簡圖,敘述各自的特點。 ⑵ 直接物料平衡控制 優(yōu)點:物料平衡與能量平衡之間關(guān)聯(lián)最小。 缺點:滯后較大,液位控制回路存在反向特性。 5.精餾塔壓力控制系統(tǒng)的方案有哪些?繪制其工藝流程簡圖,敘述各自的特點。 6.簡述精餾塔先進控制方案中內(nèi)回流與外回流的區(qū)別? 外回流液的溫度比第一塊塔板的溫度低。外回流進入塔后,需把它加熱至 與第一塊塔板溫度相等,加熱外回流所需熱量由進入第一塊塔板的蒸汽部分冷 凝所產(chǎn)生的氣化潛熱供給,從第一塊塔板向下流的內(nèi)回流等于外

19、回流量和這部 分冷凝液之和。部分冷凝液流量,除了受外回流的影響外,還受塔頂和外回流 液溫差的影響。因此外回流量愈大,或外回流溫度與第一塊塔板溫度之差愈大, 則內(nèi)回流變化越多。 當塔頂蒸氣的溫度與外回流液溫度相同時,內(nèi)回流等于外回流,一般情況 下,內(nèi)回流大于外回流。 當塔頂蒸氣溫度與外回流液溫度之差變化不大時,控制外回流的辦法一般 可以滿足精餾塔的操作要求??梢圆捎猛饣亓鞯霓k法控制內(nèi)回流,當塔頂采用 風(fēng)冷凝器時,外回流溫度受環(huán)境溫度影較大,此時外回流控制并不能使內(nèi)回流

20、 恒定。 五. 1.簡述反應(yīng)器的分類方法和類型。 ⑴ 根據(jù)反應(yīng)物料的聚集狀態(tài) 分為均相與非均相反應(yīng)器兩大類 均相:反應(yīng)器內(nèi)物料處于同一相態(tài)下。 ① 反應(yīng)在均一的氣相中進行,為氣相均相反應(yīng) ② 反應(yīng)在均一的液相中進行,為液相均相反應(yīng) 非均相:反應(yīng)器內(nèi)物料之間或反應(yīng)物與催化劑之間存在相界面。 ⑵ 按反應(yīng)器進出料狀況 可分為間歇式,半間歇式和連續(xù)式 間歇式反應(yīng)器:將反應(yīng)物料分次或一次加入反應(yīng)器中,經(jīng)過一定反應(yīng)時間后,取出反應(yīng)器中所有物料,然后重新加料進行反應(yīng)。 半間歇式反應(yīng)器:反應(yīng)物料間歇加入,產(chǎn)品連續(xù)取出。 ⑶ 從傳熱情況

21、 分為絕熱式和非絕熱式反應(yīng)器 絕熱式反應(yīng):不與外界進行交換。 2.表征反應(yīng)的質(zhì)量指標有哪些?寫出它們的算式。 3.簡述催化裂化提升管反應(yīng)器控制的要求,并繪制其工藝流程簡圖。 ⑴ 工藝要求① 控制合理的反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力。保證合理的反應(yīng)深度; ② 控制兩器壓差,保證催化劑的流化與循環(huán); ③ 控制恰當?shù)拇呋瘎┖剂?,保證催化劑的活性; ③ 控制合理的煙氣含氧量,避免二次燃燒發(fā)生。 ⑵ 反應(yīng)溫度控制 ① 影響因素 催化劑循環(huán)量、溫度;進料量、溫度;提升蒸汽量; ② 控制 設(shè)計出口溫度 》》再出滑閥開

22、度控制; 要保證反應(yīng)溫度、原料預(yù)熱溫度、再生溫度的穩(wěn)定。 ③ 優(yōu)化控制 設(shè)計反應(yīng)熱控制方案。 4.試設(shè)計釜式間歇反應(yīng)器的溫度控制系統(tǒng),繪制其工藝流程簡圖,并確定每個控制閥的氣開、氣關(guān)形式和控制器的正反作用形式。 蒸汽閥選擇氣開式、冷水閥選 氣關(guān)式;溫度控制器取反作用。 11.試設(shè)計氨冷換熱器的選擇性控制方案,繪制其工藝流程簡圖,并確定控制閥的氣開、氣關(guān)形式和控制器的正反作用形式。 控制閥選擇:氣開型。 控制器選擇:溫度控制器正作用、液位控制器反作用。 * 設(shè)計各種控制系統(tǒng)時,都應(yīng)考慮每個控制閥的氣開、氣關(guān)形式和控制器的正反作用形式。

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